اجرای سیستم میخکوبی یا نیلینگ در چه شرایطی امکان پذیر است؟

در ارزیابی امکان­ پذیری سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) دیوار بایستی ملاحظات فنی و اقتصادی لحاظ گردد:

1. ارزیابی شرایط عمومی و متداول زمین
2. بررسی مزایا و معایب دیوار پایدار شده
3. مقایسه با سایر سیستم­ های موجود (مثلاً، سیستم مهارکوبی زمین)
4. ارزیابی هزینه ­ها

ارزیابی شرایط عمومی زمین در اجرای پایدارسازی گود به روش دیوارهای میخکوبی یا نیلینگ

سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) خاک را می­ توان در گستره وسیعی از انواع خاک­ ها و شرایط زمینی اجرا کرد. البته چنانچه شرایط زمینی مطلوب باشد، هزینه­ های میخکوبی خاک در مقایسه با سایر تکنیک ­ها و سیستم­ ها به صرفه تر است. ممکن است در شرایط خاص، استفاده از سیستم میخکوبی (یا نیلینگ)  در مقایسه با سایر تکنیک ­ها بسیار پر هزینه باشد.

اگر پروفیل خاک مصالح مناسبی داشته باشد، می­ توان عملیات پایدارسازی دیواره ها به روش نیلینگ را بدون هیچ مشکلی انجان داد. در ادامه شرایط زمینی مطلوب و نامطلوب برای اجرای این سیستم  را توضیح می دهیم. همچنین باید بدانید که در شرایط خاکی نمی توان به راحتی سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) را در آن بررسی کرد.

شرایط زمینی مطلوب برای پایدارسازی گود به روش میخکوبی یا نیلینگ خاک

میخکوبی (یا نیلینگ) دیوار در انواع خاک­ ها با موفقیت اجرا شده­ اند. زمانی که خاک مخصوصی با شرایط مطلوب پدیدار گردد به طور کلی می­ توان مشکلات ساخت و پیچیدگی­ های بلند مدت را کنار زد. مواردی که میخکوبی  خاک به لحاظ اقتصادی به لحاظ فنی مورد قبول است، عبارتند از:

• خاک محل حفاری، تا عمق 1 تا 2 متر، در حفاری­ های قائم یا نزدیک به قائم به مدت یک یا دو روز بدون سیستم نگهداری، ایستا باشد.
• میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ­هایی که طول آن بالاتر از تراز آب زیر زمینی باشد. چنانچه میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) پایین­ تر از تراز آب زیرزمینی  باشد، آب زیر زمینی تاثیر نامطلوبی بر جبهه حفاری، مقاومت طول پیوند دوغاب- زمین، یا تمامیت بلند مدت سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) می گذارد.

اگر چه حفر گمانه در زمین­ هایی که به مدت چند ساعت قبل از استقرار میلگردها و تزریق، بدون غلاف­ گذاری پایدار بمانند و ادامه حفاری میسر باشد، یک مزیت است. ولی در اغلب موارد، میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ ها) با استفاده از روش حفاری میلگردهای تو خالی در گمانه­ هایی با غلاف موقت و تمام طول اجرا می­ شوند. انتخاب روش حفاری معمولاً به صلاح دید پیمانکار مربوطه صورت می­گیرد.

هر آن زمان که نتایج حاصل از آزمایش ­های محلی دلالت بر استحکام خاک داشته باشند، فرض می­ شود که شرایط خاکی برای اجرای سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) مطلوب است. از مقادیر SPT ،”N”، می ­توان برای تشخیص اولیه شرایط خاکی، استفاده کرد.

بر اساس معیارهای عمومی، اغلب انواع زمین­ های زیر برای اجرای میخکوبی مناسب فرض می ­شوند:

•  خاک های ریزدانه سفت تا سخت

خاک­ های ریزدانه (یا چسبنده) از جمله، رس­های سفت تا سخت، سیلت­ های رسی، رس ­های ماس ه­ای، سیلت­ های ماس ه­ای، و ترکیبی از موارد فوق. به طور تجربی خاک ­های ریزدانه را می­ توان “سفت” تلقی نمود. اگر عدد SPT، “N” حداقل برابر “9 ضربه در هر 300 میلی متر” باشد. مشخصات استحکامی خاک­ های ریزدانه نبایستی صرفاً بر مقادیر SPT متکی باشد.

بلکه این مشخصه ­ها (مقاومت برشی) بایستی با سایر آزمایش­ های درجا و آزمایشگاهی تعیین شود. برای به حداقل رساندن پتانسیل جابه جایی جانبی بلند مدت دیوار پایدارسازی شده به روش میخکوبی (یا نیلینگ)، خاک­ های ریزدانه بایستی دارای پلاستیسیته نسبتاً کمی باشند (شاخص پلاستیک آن ها کمتر 15 باشد، PI < 15).

• خاک ­های دان ه­ای متراکم تا خیلی متراکم با قدری چسبندگی ظاهری

این خاک ­ها شامل ماسه و شن با عدد SPT بزرگتر از 30 (ترزاقی و همکارانش، 1996)، و با قدری ریزدانه (معمولاً کمتر از 10 تا 15 درصد)، یا با سیمانتاسیون طبیعی ضعیف که تامین کننده چسبندگی است، می­ باشند. همچنین نیروهای موئینگی در ماسه­ های ریزدانه مرطوب یک چسبندگی ظاهری ایجاد می ­کند. به طور کلی، برای تضمین زمان ایستایی معقول، چسبندگی ظاهری این خاک ­ها بایستی بزرگ­ تر از 5 کیلو پاسکال باشد. برای اجتناب از نیروهای موئینگی مازاد و در پی آن کاهش چسبندگی ظاهری، بایستی حرکت آب به طرف جبهه حفاری با استفاده از انحراف مسیر آب نسبت به جبهه حفاری به حداقل رسانده شود.

• سنگ­ های هوازده بدون صفحات ضعیف

سنگ ­های هوازده می­ توانند مصالح تقویتی مناسبی برای سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) باشند، به شرطی که رگه ­ها و صفحات ضیعف در امتدادهای نامطلوب وجود نداشته باشد (مثلاً، صفحات ضعیفی که مسیر حفاری را قطع کنند). همچنین مطلوب است که درجه هوازدگی در سرتاسر سنگ تقریباً یکنواخت باشد. چنان که فقط یک روش حفاری و اجرا لازم باشد. چنانچه درجه هوازدگی سنگ متفاوت باشد، باید در تجهیزات حفاری و یا تکنیک ­ها را تغییر داد تا از بالا رفتن هزینه­ ها و به در ازاء کشیدن پروژه جلوگیری کرد.

• خاک­ های یخچالی

مصالح outwash یخچالی و تیل یخچالی معمولاً برای اجرای سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) مناسب می­ باشند. این خاک­ ها معمولاً متراکم بوده و از مصالح دان ه­ای خوب و ریزدانه ها تشکیل شده­ اند.

شرایط خاکی نامطلوب برای سیستم میخکوبی یا نیلینگ

انواع خاک­ ها و شرایط زمینی نامطلوب بدین قرارند:

• خاک­ های غیر چسبنده خشک با دانه­ بندی بد

زمانی  که خاک­ های غیر چسبنده بد دانه­ بندی شده کاملاً خشک باشند و هیچ ریزدان ه­ای یا نشانی از سیمنتاسیون طبیعی نداشته باشند، چسبندگی ظاهری نیز نخواهند داشت. بنابراین حصول سطح گود برداری قائم یا نزدیک به قائم دشوار خواهد بود.

• خاک­ های با تراز آب زیر زمینی بالا

بالا بودن تراز آب زیر زمینی در محل اجرای دیوار مستلزم سیستم زهکشی مناسب خواهد بود. که برای پایدار سازی توده خاک در چنین شرایطی ضروری می­ باشد. مضافاً مقادیر زیاد آب زیرزمینی می­ تواند موجب ریزش دیوار گمانه ( به ویژه در خاک ­های دان ه­ای کم تراکم ) شود و باعث بالا رفتن هزینه دیوار می شود. تراوش آب زیرزمینی اضافه از دیواره حفاری، می­ تواند مشکلاتی را در اجرای شاتکریت موجب شود.

• خاک­ های حاوی سنگ لاشه ­ها و تخته سنگ­ ها

حضور مقادیر زیاد لاشه سنگ و تخته سنگ در خاک می­ تواند موجب مشکلات مضاعف در حفاری گردد و ممکن است منجر افزایش هزینه­ ها و تاخیر در زمان اجرا شود. وقتی که مقادیر تخته سنگ و لاشه سنگ کم باشند، اصلاح مسیر و زاویه حفاری از یک محل به محل دیگر می­ تواند مشکلات حفاری را به حداقل رسانده یا کلاً از بین ببرد. اما زمانی که مقادیر لاشه سنگ ­ها و تخته سنگ­ ها زیاد باشد، این روش عملاً محدودیت می ­یابد.

• خاک ­های ریزدانه نرم تا خیلی نرم

این خاک­ ها معمولاً عدد SPT کمتر از N=4 دارند و برای سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) نامطلوب می­ باشند چونکه مقاومت ناحیه پیوند دوغاب- میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) – زمین در چنین شرایطی کم خواهد بود و در نتیجه برای حصول مقاومت لازم طول پیوند بسیار طولانی و نا معقول نیاز خواهد بود. در خاک­ های با پلاستیسیته بالا، تغییرشکل های بلند مدت (خزش) خاک دغدغه مهمی است. عموماً در کاربری­ های موقت تغییر شکل خزشی کمتر اهمیت دارد.

• خاک­ های آلی

برخی خاک­ های آلی همچون سیلت ­ها و رس­ های ارگانیک و تورب (خاک نباتی)، معمولاً مقاومت برشی بسیار پایین و در نتیجه مقاومت پیوند پایینی را نشان می­ دهند، که منتهی به طول پیوند زیاد و غیر اقتصادی میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) (یا نیل) می­ شود. در حالی که برخی خاک­ های ارگانیک مقاومت برشی قابل قبولی دارند. سایر خاک­ های ارگانیک مانند تورب الیافی ممکن است بسیار ناهمگن و ناهمسان باشند.

در چنین مواردی ممکن است مقاومت برشی خاک در برخی از امتدادها قابل قبول باشد، در حالی که در سایر امتدادها بسیار کم است. این امتدادهای نامطلوب می­ تواند تاثیر تعیین کننده­ای بر پایداری دیوار پایدارسازی شده داشته باشند و نهایتاً تعداد میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ­های بیشتری لازم باشد. همچنین، خاک ­های ارگانیک بیشتر خاصیت چسبندگی دارند تا خاک­ های غیر ارگانیک.

• خاک ­های با خورندگی بالا (سرباره، روباره، تفاله) یا تراز آب زیرزمینی بالا

این شرایط ممکن است نیازمند تمهیدات محافظت از خوردگی بسیار گسترده ­ای باشد. واضح است که این شرایط برای سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) دائمی، بحرانی­ تر می­ باشند.

• سنگ ­های هوازده با صفحات ضعیف نامطلوب و کارست­ ها

اگر سنگ­ ها دچار هوازدگی باشند یا صفحات ضعیف نامطلوبی داشته باشند ممکن است بر پایداری دیواره گمانه تاثیر منفی بگذارد و تزریق را دشوار سازند. صفحات ضعیف شامل مفاصل، ترک­ ها، شکاف­ ها، گسل­ ها، شیستوسیتی­ ها و تورق­ ها می باشند. حضور این ناپیوستگی­ ها ممکن است موجب شکل­ گیری بلوک­ های بالقوه ناپایدار شود که خیلی زود در اثر نیروهای مختلف، همچون ناودانی شدن (gouge) مفاصل، آپلیفت و فشارهای جانبی هیدرواستاتیک، و نیروهای نشت و تراوش زوال می ­یابند. ممکن است پایدار سازی  بلوک های منفرد ضروری بوده و این مسئله می ­تواند در قیاس با سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) مرسوم غیر اقتصادی باشد. همچنین، تزریق در سنگ­ ها با مفاصل باز خیلی بزرگ یا حفرات، بسیار دشوار بوده و به خاطر اتلاف مضاعف دوغاب گران خواهد شد. تزریق در محیط ­های کارستی مناسب نمی ­باشد.

• خاک لس 

زمانی که خاک لس خشک باشد، می ­تواند مقاومت قابل قبولی را نشان دهد که امکان اجرای اقتصادی سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) را فراهم می­ کند. اما زمانی که آب به پشت دیوار پایدار شده راه پیدا کند، خاک لس فرو میریزد و میزان مقاومت خاک کاهش پیدا میکند. بنابراین، به مجرد مرطوب شدن این خاک ­ها، بایستی پتانسیل ریزش ارزیابی گردد.

در شرایط خاص، ممکن است مقاومت برشی بسیار تنزل یابد. در این موارد، معمولاً میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ­هایی با طول بلند لازم می­ باشد که این امر می ­تواند به روش ­های مرسوم اجرای سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) منجر شود. برای افزایش مقاومت پیوند در خاک لس، از تزریق مجدد (غیر معمول و پر هزینه) استفاده می­شود.

برای ارزیابی امکان ­پذیری سیستم میخکوبی باید سایر جنبه­ های مرتبط با شرایط خاک را در نظر بگیریم:

• قرار گرفتن در دمای پایین برای مدت زمان طولانی می­ تواند باعث یخ زدگی خاک دان اشباع و سیلت ­ها گردد. در نتیجه، فشار مضاعفی بر روکش­ های دائم یا موقت اعمال خواهد شد.
• تکرار چرخه انجماد- ذوب در خاک میخکوبی (یا نیلینگ) شده، می­ تواند مقاومت پیوند دوغاب- زمین و چسبندگی بین شاتکریت و خاک را کاهش دهد.
• خاک­ های دان ه­ای بسیار سست (N≤4) و سست (4<N≤10)، ممکن است متحمل نشست­ های اضافی، ناشی از ارتعاشات بوجود آمده از تجهیزات ساخت و ترافیک گردند.
• خاک­ های دان ه­ای اشباع سست و خیلی سست در نواحی لرزه ­خیز، می­ توانند مستعد روان گرایی باشند. چندین تکنیک اصلاح زمین (معمولاً با هزینه­ های قابل توجه) را می ­توان برای متراکم سازی خاک ­های دان ه­ای و در نتیجه به حداقل رساندن این تاثیر مخرب به کار برد.

علی­ رغم مشکلات مرتبط با شرایط خاکی نامطلوب فوق، باز هم می ­توان سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) را اجرا نمود. بایستی هزینه طراحی و ساخت این سیستم در قیاس با دیوارهای مرسوم ارزیابی گردد. زیرا طراحی و ساخت دیوارهای پایدار شده در این شرایط بحرانی، ملاحظات اضافی قابل توجه، هزینه مازاد و الزامات اجرایی بلند مدت سخت­ تری، را نیاز دارد.

شرایط خاکی متوسط برای سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) دیواره خاکی

برخی شرایط خاکی وجود دارند که ما آن ها را شرایط حد وسط بین دو حالت فوق می ­شناسیم. اگرچه خصوصیات مهندسی این خاک ­ها به اندازه خاک­ های بخش 1 مطلوب نمی­ باشد، ولی در این شرایط نیز سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) دیوار با هزینه­ های بهینه و با موفقیت اجرا شده ­اند. نمونه­ هایی از شرایط خاکی متوسط ارائه شده ­اند:

• خاک ریزهای مهندسی ساز

اگر خاکریزه ای مهندسی ساز ترکیبی از مصالح دان ه­ای خوب دانه­ بندی شده (تقریباً 90% خاک و بیشتر) و خاک ­های ریز دانه با پلاستیسیته پایین (PI<15) باشند، می ­توان سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) را اجرا نمود.

• خاک­ های رسوبی

خاک ­های رسوبی مصالح مناسبی برای سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) هستند.

همچنین بخوانید:نیلینگ یا میخکوبی دیواره چیست؟